小回溝選煤廠的工藝選擇

王建軍

（1.太原理工大學 礦業工程學院，太原 030024；2.小回溝煤業有限公司，山西 清徐 030400）

山西小回溝選煤廠的原煤是以貧煤、貧瘦煤為主，其產品定位為煉焦配煤為主，還可生產優質低灰的高爐噴吹用煤及優質動力煤，年入選能力3.0 Mt。選煤工藝直接關系著產品質量和經濟效益。本文分析兩種工藝方案的優缺點。方案一：+50 mm原煤采用動篩跳汰機預排矸，50～1 mm原煤采用脫泥有壓二產品重介旋流器主、再選，1～0.25 mm原煤采用干擾床(TBS)分選機分選，-0.25 mm煤泥采用浮選，浮選精煤采用加壓過濾機脫水回收，浮選尾煤濃縮后采用快開隔膜壓濾機脫水回收。方案二：50～0.5 mm原煤采用無壓三產品重介旋流器分選，粗煤泥采用煤泥重介旋流器分選，0.5～0 mm煤泥浮選，加壓過濾回收浮選精煤，煤泥濃縮壓濾脫水回收。

1 原煤資料分析

1）篩分資料分析：從校正后的原煤篩分組成中知：原煤灰分23.88%～28.20%，屬于中灰分煤，無論作為煉焦精煤還是高爐噴吹用煤，都要經分選加工。灰分隨著粒度的減小而減小，說明煤質較脆、矸石較硬。+50 mm塊煤灰分48.17%～51.96%（比原煤灰分高）；塊煤中矸石含量較高（8.22%～8.76%）。

2）浮沉資料分析：從校正后的原煤浮沉組成中知：主導密度級1.3~1.4 kg/L，占本級的31.25%～34.01%，灰分7.59%～7.93%。+1.80 kg/L密度級的含量占本級為21.66%～26.98%，灰分72.57%～73.06%。中間密度級1.5～1.8 kg/L含量為15.77%～18.43%，灰分34.99%～35.79%，中間密度物含量較少。浮沉煤泥的含量較高，6.93%～7.16%，灰分16.35%～20.97%，比原煤灰分低。

3）可選性：50～0.5 mm入選原煤的可選性為：當精煤灰分Ad=10%時，理論精煤產率71.69%，理論分選密度1.653 kg/L，δp±0.1含量8.60%，扣除+2.00 kg/L沉矸后9.96%，為易選煤。當精煤灰分Ad=9%時，理論精煤產率69.32%，理論分選密度1.599 kg/L，δp±0.1含量為8.72%，扣除+2.00 kg/L沉矸后10.10%，為中等可選煤。當精煤灰分Ad=8%時，理論精煤產率66.24%，理論分選密度1.532 kg/L，δp±0.1含量9.53%，扣除+2.00 kg/L沉矸后11.04%，為中等可選煤。

2 選煤工藝選擇

1）精煤：粒度 50～0 mm，Ad=8%～10%，Mt≤12.00%，煉焦配煤、高爐噴吹用煤。中煤：粒度50～0 mm，Qnet.ar>4000 kcal/kg，一般動力煤。劣質煤：粒度 50～0 mm，Qnet.ar>3 000 kcal/kg，矸石電廠。煤泥：粒度0.5～0mm，Ad≤45%，地銷或摻入中煤。矸石：粒度 0～300 mm，Ad≥65%，填溝、修路、制磚、以及綜合利用。

2）選煤工藝選擇：方案一和方案二的主要區別是：方案二中+50mm塊原煤沒有采用動篩跳汰機預排矸。方案一主選設備采用兩產品重介旋流器主、再選(可按生產情況決定是否開車)，方案二采用無壓三產品重介旋流器分選。方案一中粗煤泥采用干擾床（TBS）分選機分選，方案二采用煤泥重介分選。

3 各環節的工藝系統分析

1）+50 mm塊煤預先排矸工藝具有如下優點。減少了大塊矸石破碎產生的粉矸量，減少了主廠房分選系統入料中的矸石量，減少了后續分選系統的磨損，提高了后續系統的可靠性。根據處理能力大，生產成本低，分選精度高的原則，結合我國近年選煤技術發展現狀，塊原煤預排矸對動篩跳汰機和重介淺槽分選工藝進行比選。①動篩跳汰機：單段排矸、工藝簡單；用水量少，單臺動篩跳汰機循環水用量只有50 m3/h；用于大塊煤排矸時，無需脫水設備，系統簡單，生產成本低；入料上限高，可達300 mm；分選時間短，特別適合矸石易泥化煤的預先排矸，減少后續煤泥水系統的負荷，有利于整體系統的管理；處理能力大，每平方米處理75～85 t。動篩跳汰機的缺點是：有效分選深度和精度不如重介淺槽。②重介淺槽分選機是專門用于處理塊煤的高效分選設備，近年廣泛用于各類動力、化工用煤選煤廠的塊煤分選作業。但其相對于本廠煤質工藝的缺點是：分選上限最大200 mm，+200 mm必須破碎，勢必增加大塊矸石的破碎，增加能耗；淺槽排矸屬于高密度分選，介質管路和介質泵磨損較快；分選后的輕、重產物需有脫介環節，用水量大，功耗高；要有單獨的介質循環及回收系統，投資、生產成本均高于動篩跳汰機排矸。③根據以上分析及別廠實際用況，結合本廠塊原煤處理量及預排矸作業性能要求，推薦+50 mm塊原煤采用動篩跳汰機預排矸，替代人工手選。

2）重介選和跳汰選的比較分析。目前國內不分級洗選50～0 mm原煤，較為成熟的方法主要是重介選煤和跳汰選煤。根據煤質資料分析可知，當原煤分選密度-1.40 kg/L時原煤可選性為極難選；當分選密度為1.50 kg/L時為中等可選，說明必須采用分選精度高的選煤方法，以保證精煤回收率和產品質量，本次設計推薦采用重介選煤，其優勢如下：分選精度高，精煤產率高，避免了跳汰透篩。雖增加了介質回收系統，生產成本略高于跳汰，但綜合效益要好些；重介選煤工藝對煤質和市場的變化適應性強，產品結構調節余地大，可增強企業的抗風險能力；重介工藝自動化水平高，可實現無人值守，大大降低管理難度；重介工藝環節的簡化及設備的大型化，減少了廠房占地面積，降低了基建投資。

3）重介選工藝的比選方案。根據本選煤廠入選原煤的煤質特征，對重介分選工藝進行了多方案的比選。①選前脫泥與不脫泥比較：選前脫泥還是不脫泥，近年來受到選煤界關注。選前脫泥就是原煤進入分選設備前，脫除原煤內粒度較細的煤泥，其目的是減少進入重介分選系統的物料量，也是為了減少煤泥對介質系統的影響。選前不脫泥就是原煤全部進入分選設備。選前脫泥的優勢在于：可減少進入重介系統的原煤量，容易穩定分選密度，達到有效分離目的，提高精煤產率；可降低懸浮液的粘度、適合較細粒級物料的分選；可提高脫介篩的脫介效果，減少了脫介篩的脫介面積；合格介質分流量少，系統運轉穩定，可減少介質回收系統的設備，提高介質回收設備的效率，降低介耗，介耗可降低1.0~1.5 kg/t原煤，生產管理方便；可減少煤泥在介質中的浸泡時間，有利于煤泥的浮選。其缺點是：工藝系統相對復雜，設備臺數較多，功耗較高，脫泥篩篩下水需單獨處理。綜上所述，本次設計推薦采用脫泥工藝。②采用無壓入料和有壓入料的比較：無壓入料是煤和介質分別從兩個入料口給入重介旋流器，原煤靠自重進入重介旋流器，工作介質用泵以較高壓力給入重介旋流器。有壓重介旋流器是原煤與重介懸浮液在混料桶混合均勻后，由泵的壓力給入旋流器。從兩者的處理能力、所需介質循環量、旋流器的入料壓力分析時，在旋流器直徑大小相同的情況下，有壓入料方式的處理能力高10%左右，有壓入料所需介質循環量較少，有壓入料所需入料壓力較低一些。從工藝布置分析，無壓入料廠房高度較高，有壓入料的廠房高度較低。綜上所述，本次設計推薦采用有壓入料。

4）粗煤泥分選方案分析。目前廣泛采用的粗煤泥分選設備主要有：螺旋分選機、水介質旋流器、煤泥重介旋流器、干擾床分選機。①螺旋分選機是國外動力煤選煤廠較多采用的一種無動力煤泥分選設備。它的有效分選粒度范圍較寬，一般在3～0.074 mm，最佳分選粒度2～0.15mm。它的主要優點是：結構簡單，本身無須動力；廣泛用于煤炭工業的粉原煤分選，可以滿足煤泥深度分選的要求；適宜于高密度分選（≥1.7kg/L密度級）。其缺點是：處理能力較小；當分選密度小于1.60 kg/L時，很難操作，且分選精度降低，機械誤差偏高。由于本廠粗煤泥分選密度1.40 kg/l左右，不在其最佳分選密度范圍內，故不適合本選煤廠的粗煤泥分選。②水介質旋流器分選系統較復雜，要用泵加壓、穩壓，分選精度較低，國內選煤廠很少使用。本次設計也不推薦其分選粗粒煤泥。③煤泥重介旋流器是與選前不脫泥重介旋流器分選工藝配套使用的，其分選物料來自精煤脫介弧形篩下的合格介質分流部分，經過主選旋流器的初步分選，但灰分還達不到要求的粗煤泥；分選介質利用主洗旋流器對介質的分級作用形成的極細粒磁鐵礦粉，而無需特制極細介質；并使灰分還不合格的粗煤泥在煤泥重介旋流器中再進一步得到有效分選。主要缺點是：煤泥重介的分選介質來自脫介篩的合格介質，工藝環節較復雜，入料壓力高達50～60 Pa，功耗高；分選精度較低，降灰幅度一般為1%~2%，而且只能對部分粗煤泥進行分選（精煤合格介質分流部分）；對介質的粒度要求非常嚴格。④干擾床(TBS)分選機是新型的煤泥分選設備，利用上升水流在槽內產生紊流的干擾沉降原理分選。它的優點是：入料粒度在3~0.15 mm范圍內有較好分選效果；有效分選密度1.4~1.7 kg/L，可出低灰精煤；分選密度全自動控制可調；自流切線，無需復雜的入料分配系統，對入料煤質變化的適應性較強；由于粉原煤比表面積大，該部分物料若用TBS分選、不用重介分選，可大幅降低重介質消耗。其缺點為：分選密度會隨入料煤泥含量波動而變化；每班停車后，必須放空筒體內的煤泥，以便清洗底板的布料孔(10 mm)，每次清洗時間45～60 min。通過以上分析，本次設計推薦采用粗煤泥TBS分選。

5）細煤泥浮選工藝分析。本次設計采用浮選工藝分選細煤泥。目前，國內選煤廠仍以常規機械攪拌式浮選機為主，浮選柱(床)、噴射式浮選機也在應用。①機械攪拌式浮選機是煤泥浮選的傳統設備，特別適合處理難浮煤泥，對入浮粒度及可浮性適應性強，可得到較好的產品指標。②浮選柱(床)在國內也較廣泛，其優點是：對細粒煤泥分選效果優于普通浮選機；其缺點是：因浮選時間短，對0.25 mm以上的粗煤泥分選效果差，且適應性較差，單臺處理能力較小，在大型選煤廠使用臺數將會很多，造成系統復雜，工藝布置困難。③噴射式浮選機的工藝指標均優于機械攪拌式浮選機，分選選擇性好，處理能力大，電耗低，尤其適合于低濃度、大流量的浮選入料；結構簡單、重量輕、制造和維修方便。通過以上分析，本次設計推薦使用噴射式浮選機。

6）浮選精煤回收方式分析：目前，浮選精煤回收主要有四種方式。①盤式加壓過濾機的特點是：單臺設備處理能力大，作業過程連續；產品水分低(產品外在水分一般16%～18%左右)；產品為松散狀，易于摻混。在國內大型煉焦煤選煤廠得到廣泛應用。缺點是：故障率較高，設備維護量較大；能耗較高，生產運行費用高。②快開式隔膜壓濾機的特點是：單臺處理能力較大，對物料性質變化不敏感；入料速度快，能耗低，生產運行費用低。缺點是：產品水分稍高（外水一般在20%～24%之間），產品成餅狀，摻混困難；快開隔膜壓濾機是間斷排料。③盤式真空過濾機的特點是：連續作業。缺點是：產品水分高（外水一般25%～28%之間），濾餅容易成團，不易摻混；能耗較高，生產運行費用較高。④臥式沉降過濾離心機+快開式隔膜壓濾機聯合回收的特點是：處理能力大，產品水分低。缺點是：系統復雜，設備臺數多，能耗高，可靠性低；細粒級離心液用快速隔膜壓濾機回收其產品灰分高，易污染精煤，對穩定產品質量不利。綜上所述，本次設計浮選精煤采用盤式加壓過濾機脫水回收。

7）浮選尾煤回收方式分析。快開式隔膜壓濾機具有單臺處理能力較大，對物料性質變化不敏感，入料速度快，能耗低，產品水分較低，生產運行費用低等優點。

8）分級粒度的確定分析。①脫泥分級粒度(重介系統與粗煤泥分選系統的分級粒度)定為1 mm。理由如下：1mm可實現較高脫泥效率。TBS分選機的最佳入料粒度上限可達1 mm。按重介選煤工藝，1 mm分級可簡化工藝、降低介耗及生產成本、提高工藝系統的穩定性。1 mm分級時，重介分選和粗煤泥分選的入料粒級都處于最佳分選范圍，而且兩種設備的有效分選粒級都有合理交叉，可以滿足煤質變化和波動的需要。②粗煤泥分選系統、浮選系統的分級粒度定為0.25 mm。理由如下：TBS分選機的最佳入料粒度下限為0.25 mm；浮選工藝的有效分選上限達0.5 mm。0.25 mm分級時，粗煤泥分選、浮選兩種工藝的入料粒級都處于最佳分選范圍，而且兩種設備的有效分選粒級都有合理交叉，可以滿足煤質變化和波動的需要。

4 結論

經對選煤方法的分析，結合本廠煤質特征，本次設計推薦工藝流程為：+50 mm原煤采用動篩跳汰機分選預排矸；50~1mm原煤采用脫泥有壓二產品重介旋流器主、再選；1~0.25 mm原煤采用干擾床(TBS)分選機分選；-0.25 mm煤泥采用浮選；浮選精煤采用加壓過濾機脫水回收；浮選尾煤濃縮后采用快開隔膜壓濾機脫水回收。